珠江口盆地文昌A凹陷烴源巖特征及熱成熟演化史

王　柯，張　洋，黃勝兵，陳景陽中海油研究總院，北京100028

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珠江口盆地文昌A凹陷烴源巖特征及熱成熟演化史

王柯，張洋，黃勝兵，陳景陽
中海油研究總院，北京100028

在烴源巖分布特征及有機質豐度、類型和成熟度分析的基礎上，運用含油氣盆地數值模擬技術，定量恢復了烴源巖熱成熟演化史.研究表明，文昌A凹陷各層系烴源巖分布廣，厚度大，有機質豐度高；有機質類型文昌組偏II1型，恩平組偏III型，二者現今多處于高成熟—過成熟階段.凹陷內烴源巖成熟時間早（文昌組約45.5 Ma），成熟度高，以干氣生成為主；凹陷邊緣烴源巖成熟時間較晚（文昌組約30.0 Ma），成熟度相對較低，以石油生成為主.凹陷內氣藏及凹陷邊緣油藏的分布格局受制于有機質類型差異和不同的熱演化史.氣藏的天然氣來自文昌組石油裂解氣以及恩平組自身生成的天然氣，油藏的石油來自文昌組和恩平組，且油氣勘探的方向：凹陷內以天然氣為主，邊緣以石油為主.

珠江口盆地；文昌A凹陷；烴源巖；熱成熟演化史

0　前言

盆地或凹陷內烴源巖特征的研究是油氣勘探的前提和基礎，烴源巖熱演化史的研究是表征其成烴有效性和產物性質的重要方法［1］.目前，烴源巖特征的研究包括有機質數量、類型和成熟度三個方面［2-4］，其熱演化史研究則借助于盆地模擬軟件［5-6］.在烴源巖特征厘定的基礎上，恢復烴源巖的熱演化史，進而明確盆地或凹陷的成烴物質基礎及產物性質（油、氣或油氣并舉），有助于指導盆地或凹陷的油氣勘探.

已有勘探成果顯示，文昌A凹陷為一富烴凹陷［7］，且凹陷內以天然氣為主，凹陷邊緣以石油為主，油氣分布差異性顯著.其中，凹陷內A、B和C構造為氣藏，凹陷邊緣D、E和F構造為油藏.前人僅對文昌A凹陷的生烴潛力、儲蓋層特征等做過較為詳細的討論［8-13］，但尚未闡明凹陷的成烴物質基礎及產物性質，從而尚未明確油氣差異分布的原因.因此，文昌A凹陷烴源巖特征及熱成熟演化史的研究成為下一步油氣勘探與地質研究亟待解決的重要問題之一，從而顯得尤為重要.基于以上認識，筆者運用地質、地震、鉆井和地球化學測試數據及美國PRA公司的Basin Mod 1D軟件模塊來分析文昌A凹陷有機質的豐度、類型及成熟度等烴源巖特征及其熱成熟演化史，以期為研究區(qū)今后的油氣勘探有所裨益，為增儲上產提供服務.

1　文昌A凹陷地質特征

珠江口盆地呈NE向展布于南海北部大陸架和陸坡邊緣，是以中新生代沉積為主的被動大陸邊緣裂陷盆地，東西長約800 km，南北寬100～360 km，面積約17.5×104km2，新生代最大沉積厚度超過10 km，是我國近海重要的含油氣盆地［14-33］.盆地可分為珠一、珠二、珠三拗陷和北部斷階帶、神狐暗沙隆起、東沙隆起、南部隆起及番禺低隆起共8個二級構造單元.文昌A凹陷位于珠江口盆地西部珠三拗陷，總體呈NE走向，為南斷北超的箕狀斷陷.凹陷面積3350 km2，現已鉆井20余口，發(fā)現了6個油氣田和5個含油氣構造，為已證實的富烴凹陷（圖1、2）.

圖1　文昌A凹陷構造位置圖Fig.1　Tectonic location of the Wenchang-A sag

文昌A凹陷發(fā)育于前新生界基底上，沉積巖厚近10000 m，其中古近系約6000 m，新近系約3500 m.新生代地層自下而上依次為古新統(tǒng)神狐組（E1s），始新統(tǒng)文昌組（E2w），漸新統(tǒng)恩平組（E3e）和珠海組（E3zh），中新統(tǒng)珠江組（N1zj）、韓江組（N1h）、粵海組（N1y），上新統(tǒng)萬山組（N2w）及第四系（Q）.烴源巖主要為文昌組、恩平組暗色泥巖，儲集層主要為珠海組、珠江組碎屑巖，蓋層為韓江組泥巖及珠海組、珠江組砂巖上覆泥巖（圖3）.

凹陷歷經早期斷陷和晚期拗陷兩大階段，具顯著的下斷上拗特征.地層經歷了多期的埋藏-抬升-剝蝕，形成了多個區(qū)域不整合面.斷裂十分發(fā)育，晚期近E-W向斷層對壓力釋放及油氣運移起重要作用.

2　烴源巖特征

2.1烴源巖分布特征

現有資料揭示，文昌A凹陷縱向上發(fā)育文昌組和恩平組2套烴源巖系.根據地震資料借助平均速度進行時深轉化（圖4）表明，文昌組與恩平組有多個沉降沉積中心，其中文昌組最大厚度3000余米，位于凹陷中南部；恩平組最大厚度2400余米，位于凹陷東南部.

圖2　文昌A凹陷主要鉆井、局部構造分布圖Fig.2　Structural map with main wells in the Wenchang-A sag

圖3　文昌A凹陷地層柱狀圖Fig.3　Stratigraphic column of the Wenchang-A sag

2.2烴源巖有機地球化學特征

2.2.1有機質豐度

基于烴源巖實測數據統(tǒng)計分析及評價（表1、2），文昌A凹陷不同層位的烴源巖有機質豐度特征不同.

（1）有機碳含量：文昌組烴源巖有機碳含量介于0.50%～0.82%，均值為0.60%，屬較差烴源巖級別；恩平組烴源巖有機碳含量平均值為1.12%，最高可達7.27%，屬中等烴源巖級別.

（2）氯仿瀝青“A”含量：文昌組烴源巖級別屬中等，烴源巖樣品氯仿瀝青“A”平均值為0.13%；恩平組則屬好的烴源巖，氯仿瀝青“A”最大值為0.63%.

（3）生烴潛量：文昌組烴源巖級別屬較差，生烴潛量（S1+S2）均值為1.11×10-3；恩平組生烴潛量（S1+S2）均值為2.61×10-3，屬中等烴源巖級別.

以上分析可知，文昌組烴源巖屬較差—中等烴源巖級別，恩平組屬中等—好烴源巖級別.但要指出的是，現有文昌組烴源巖測試數據來自凹陷邊緣高部位的a及e井中若干個別采樣點（圖2），具有很大的局限性.按沉積相特征分析，中深湖相文昌組烴源巖的有機質豐度應優(yōu)于河沼-濱淺湖相恩平組烴源巖，即烴源巖級別文昌組應優(yōu)于恩平組［34-35］.

2.2.2有機質類型

干酪根鏡檢分析表明（表3），文昌組和恩平組烴源巖有較好的有機質類型，以Ⅱ型為主，且Ⅱ1型干酪根占比例較大，但文昌組明顯優(yōu)于恩平組，恩平組次要類型為Ⅲ型.

圖4　文昌A凹陷文昌組、恩平組烴源巖等厚圖Fig.4　The isopach maps of source rocks in the Wenchang-A sag

表1　文昌A凹陷烴源巖有機質豐度評價表

表2　湖相泥質烴源巖有機質豐度評價標準表

表3　文昌A凹陷烴源巖干酪根鏡檢結果統(tǒng)計表

烴源巖熱解分析表明（圖5），文昌組和恩平組烴源巖有機質類型同樣以Ⅱ型為主，且恩平組偏Ⅲ型.

干酪根類型決定有機質熱演化產物的性質，文昌組烴源巖干酪根類型偏II1型，以石油生成為主；恩平組則偏III型，以天然氣生成為主.

2.2.3有機質成熟度

基于259個鉆井實測烴源巖鏡質體反射率（Ro）資料，分單井和整個凹陷作出烴源巖鏡質體反射率（Ro）與深度（H）關系圖（圖6）及文昌組、恩平組底部烴源巖成熟度平面圖（圖7），并統(tǒng)計回歸出埋深與鏡質體反射率的關系方程.

垂向上（圖6），隨著埋深的增大，鏡質體反射率（Ro）逐漸加大，兩者呈良好的線性-對數正相關關系，且凹陷烴源巖進入低成熟（Ro=0.5%）、成熟（Ro=0.7%）、大量生烴（Ro=1.0%）、高成熟（Ro=1.3%）及過成熟（Ro=2%）的門限深度分別為2250 m、3000 m、3800 m、4500 m和5400 m.

平面上（圖7），文昌組與恩平組烴源巖成熟度表現為自凹陷中心向邊緣呈環(huán)帶狀降低，但研究區(qū)文昌組和恩平組烴源巖都已進入生烴門限（Ro=0.5%），且凹陷內烴源巖已達到過成熟階段（Ro=2%）.層位上，由于埋深與熱演化時間的差異，烴源巖成熟度文昌組高于恩平組.

綜上所述，文昌A凹陷恩平組烴源巖有機質豐度較高，為中等—好的烴源巖級別，且中深湖相文昌組烴源巖級別優(yōu)于恩平組；干酪根類型以Ⅱ型為主，文昌組烴源巖干酪根偏腐泥型（II1），恩平組干酪根以腐殖型（III）為主；受埋深和熱演化時間的影響，烴源巖成熟度文昌組高于恩平組，且凹陷內各烴源巖均已進入過成熟階段.

圖5　文昌A凹陷烴源巖最大熱解峰溫-氫指數（左）及氧指數-氫指數（右）有機質類型判別圖Fig.5　Discriminant diagrams of Tmax-HI and OI-HI for the source rocks in the Wenchang-A sag

3　有機質熱成熟演化史

3.1數學模型

成熟度是有機質在地質歷史演化進程中對時、溫增加的綜合效應.目前常用于定量恢復成熟史的模型主要有TTI模型［36-37］和Easy%Ro模型［38］.本次研究選用簡便實用的Easy%Ro模型，該模型適用于不同的受熱條件，Ro變化范圍廣（0.3%～4.7%），且精度較高.

該模型以熱模擬實驗為基礎，將鏡質體的成熟反應分為4個主要的平行化學反應，即脫H2O、CO2、CH4及高碳數烴，數學表達式為：

Ro=exp（-1.6+3.7Fj）（j=1，2，3···，直到現在）式中，Fj為某一地層底界的第j個埋藏點的化學動力學反應程度，其取值范圍為0～0.85.

3.2熱成熟演化史分析

基于上述原理和數學模型，利用美國PRA公司的Basin Mod軟件，選取文昌A凹陷具代表性的b、d、g井，對文昌組、恩平組烴源巖的成熟史進行了動態(tài)模擬恢復.

模擬結果揭示（表4、圖8），凹陷不同構造位置的單井成熟度演化史不盡相同.其中，凹陷中部（圖8g井）文昌組進入生烴門限較早（約45.5 Ma），且于31.5 Ma開始大量生烴，現今處于過成熟階段，以干氣生成為主；恩平組成熟時間相對較晚（約31.1 Ma），且現今以輕質油和濕氣生成為主.西北部（圖8b井）恩平組成熟度相對較低，現今仍處于成熟階段，以石油生成為主.西南部（圖8d井）文昌組于17.0 Ma開始大量生烴，現今處于輕質油和濕氣生成階段.恩平組現今則以石油大量生成為主.

表4　文昌A凹陷代表性單井成熟度演化時間統(tǒng)計表

綜上所述，文昌A凹陷受烴源巖有機質類型及成熟度制約，文昌組處于凝析油和濕氣窗，恩平組以石油生成為主.勘探成效及前人研究已證實［39-40］，凹陷內氣藏的天然氣主要來自恩平組烴源巖，其次為文昌組烴源巖，為高成熟—過成熟階段生成的凝析氣和早期裂解氣，如A、B凝析氣藏；凹陷邊緣油氣藏的原油既有文昌組來源，也有恩平組貢獻，而天然氣主要來源于文昌組烴源巖的裂解氣，如D油藏.

圖6　文昌A凹陷烴源巖Ro與深度關系圖Fig.6　Diagram of Ro vs.depth of source rocks in the Wenchang-A sag

圖7　文昌A凹陷文昌組、恩平組烴源巖成熟度平面圖Fig.7　Maturity distribution of source rocks in the Wenchang-A sag

圖8　文昌A凹陷有機質熱成熟演化史（左）及模擬值與實測值擬合圖（右）Fig.8　The maturity evolution of the organic matter（L）and the contrast of observed temperature and simulated temperature（R）in the Wenchang-A sag

因此，文昌A凹陷受烴源巖有機質類型差異以及熱演化史不同的制約.油氣勘探的方向：凹陷內以天然氣為主，邊緣以石油為主.

4　結論

（1）文昌A凹陷發(fā)育文昌組與恩平組2套烴源巖系，其分布廣，厚度大，有機質豐度高；有機質類型文昌組偏II1型，恩平組偏III型，二者現今多處于高成熟—過成熟階段.

（2）文昌A凹陷不同構造位置的單井成熟度演化史不盡相同，其中凹陷內烴源巖成熟時間早（文昌組約45.5 Ma），現今成熟度高，以干氣生成為主；凹陷邊緣烴源巖成熟時間較晚（文昌組約30.0 Ma），今成熟度相對較低，以石油生成為主.

（3）文昌A凹陷油氣勘探方向：在凹陷內以天然氣為主，凹陷邊緣以石油為主.

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Characteristics and thermal evolution histry of source rocks in the Wenchang-A sag, Pearl River mouth basin

WANG Ke,ZHANG Yang,HUANG Sheng-bing,CHEN Jing-yang
CNOOC Research Institute,Beijing 100028,China

In order to better understand the process and mechanism of hydrocarbon accumulation and identify the source rock potentialof Wenchang-A sag in Pearl River mouth basin,this study uses the technique ofbasin modeling to reconstruct the thermal evolution history in the study area based on the analysis of source rock distribution,organic matter abundance, types and maturation.The result shows that each layer of source rock of the Wenchang-A sag is widespread,with a high organic matter abundance and a large thickness.The organic matter of Wenchang Formation is of type II1;while that of Enping Formation,type III.The source rocks are in the stages of middle maturity and over maturity.Inside the Wenchang-A sag,the sourcerocksreached oil threshold in earlier time with a high maturity.However,on the edge ofthe sag,they reached oilthreshold later,and is stillin low maturation stage.The distribution of oil and gas in the sagis constrained by the different organic matter types and maturities.The pools of oil and gas come from Wenchang and Enping formations.The inside of the sag is a priorityofgas searching,and the edge ofthe sagis favorablefor petroleum.

Pearl River mouth basin;Wenchang-A sag;source rock;maturity

1671-1947（2016）02-0196-08

P618.130.2

A

2016-01-05；

2016-03-15.編輯：張哲.

國家科技重大專項“近海富烴凹陷資源潛力再評價和新區(qū)、新領域勘探方向”（項目編號2011ZX05023-001）.

王柯（1987—），男，碩士，工程師，主要從事盆地模擬、成油體系與成藏動力學研究，通信地址北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號海油大廈A1009，E-mail//wangke6@cnooc.com.cn